BIOELECTRICIDAD
POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO
CORRIENTES ELECTRICAS A TRAVES DE LA
MEMBRANA
MEMBRANA
Técnicas de clampeo de voltaje y corriente y
patch clamp
INSTRUCCIONES:
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AULA VIRTUAL en el Centro de Innovación en
Tecnología y Pedagogía (Citep)
“Fisiología y Biofísica del Sistema Nervioso 2017 IC”
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dice: "Mis cursos" y de ahí elegir
Categorías/Medicina/Fisiología y Biofísica del Sistema
Nervioso 2017 IC (ojo: importante 2017 IC)
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CONCEPTOS BASICOS DE BIOFISICA
CARGA (q)
DIFERENCIA DE POTENCIAL (Δ V)
DIFERENCIA DE POTENCIAL (Δ V)
CORRIENTE ELECTRICA
CONDUCTANCIA (g) / RESISTENCIA
CAPACITANCIA
CARGA
CARGA (q)
- Propiedad intrínseca de electrones y protones. Puede ser positiva o
negativa.
- La unidad de carga en el sistema Internacional de Unidades es el
Coulomb (C). Un electrón tiene una carga de 1.602 10
-19
C mientras que
un protón tiene la misma cantidad de carga pero de signo contrario.
- Interacciones eléctricas: Son fenómenos de atracción o repulsión que se
- Interacciones eléctricas: Son fenómenos de atracción o repulsión que se
dan entre cargas positivas (cationes, protones) y/o cargas negativas
(electrones, aniones) de manera independiente de la masa.
- Los fenómenos biológicos ocurren en medio acuoso. Los iones más
importantes del cuerpo humano son el Na
+
, el K
+
y el Cl
-
. Las
interacciones eléctricas entre éstos y otros iones están restringidas por
las membranas biológicas.
20 mM 10 mM
Difusión de un soluto permeable a través de la membrana
4
2
6
3
3
Resultado neto:
– 1 + 1
El movimiento neto de un soluto es desde la
concentracion más alta hacia la más baja, aunque las
partículas individuales se muevan completamente al
azar. Para que un movimiento al azar resulte en un
movimiento direccional neto, se debe comenzar con una
distribución NO UNIFORME.
Otra forma de decirlo es: aunque NO hay una fuerza
Otra forma de decirlo es: aunque NO hay una fuerza
que empuje a una partícula individual en una dirección,
la distribución NO UNIFORME proporciona un
gradiente de energía que determina que el proceso total
de movimiento resulte neto desde la zona de alta a la
de baja concentración.
+ –
Lectura de
corriente
eléctrica
interruptor
Pila o batería
Bloque de
metal
Bloque de
metal
Un dispositivo físico que podemos convertir en un
capacitor moviendo los bloques de metal
suficientemente cerca uno del otro (sin que se
toquen)
+
–
+ –
Esto es un capacitor.
Interruptor
Conectado
fluye corriente
Hasta cargar el
capacitor
LEY DE COULOMB
+
+
+
+
–
–
–
–
+
+
+
–
–
–
Los bloques de metal se pueden convertir en compartimientos de
fluidos electrolíticos y cambiar la capa de aire aislante a una bicapa
lipídica (membrana) también aislante.
Se puede convertir en algo que parezca un sistema biológico.
CAPACITANCIA
• CAPACITOR: estructura que puede almacenar cargas.
• Un capacitor está formado por dos láminas conductoras separadas
por un material aislante.
• Al aplicarse una diferencia de potencial entre las láminas, se
produce una redistribución de las cargas entre las placas.
Q= carga eléctrica almacenada y ∆V= diferencia de potencial
Capacitancia de la
membrana
plasmática: 1µ F/cm
2
Medio extracelular: conductor
Medio intracelular: conductor
Bicapa lipídica: aislante
DIFERENCIA DE POTENCIAL
La diferencia de potencial entre A y B se relaciona con la diferencia de
A
B
La diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un campo
eléctrico es un valor escalar que indica el trabajo que se debe
realizar para mover una carga q
0
desde A hasta B. La unidad en
la que se mide el potencial es el Voltio o Volt
La diferencia de potencial es el impulso que necesita una
carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un
circuito eléctrico, esta corriente cesará cuando ambos
puntos igualen su potencial eléctrico..
La diferencia de potencial entre A y B se relaciona con la diferencia de
energía asociada al movimiento de carga entre los puntos A y B, bajo la
influencia de un campo eléctrico. O el trabajo por unidad de carga
ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para
moverla entre dos posiciones determinadas.
∆V
AB
= ∆E / q
Cuando la energía asociada al desplazamiento de 1 Coulomb es de 1
Joule, la diferencia de potencial es 1 volt
Volt = Joule/Coulomb
ELECTRO
NEUTRO
BICAPA LIPÍDICA
electroneutro
ELECTRO
NEUTRO
Por convención
el Vext es 0
→ Vm=Vin
Capacitancia y la cantidad de cargas necesarias para
establecer un voltaje transmembrana .
Capacitancia de la bicapas lipídicas (memb.
Plasmática ≈ 1 microfaradio/cm
2
).
¿Cuánto K
+
debe fluir fuera de la célula para generar
un V
m
de -60 mV en una célula cúbica ideal y una
un V
m
de -60 mV en una célula cúbica ideal y una
membrana sólo permeable al K
+
?
Sólo 1 de cada ~30,000 iones de K
+
en el interior
celular.
La carga necesaria para cargar el capacitor
(membrana) para un Vm de 60 mV es una sola capa
de iones espaciados entre sí ~15-20 nm.
CAPACITANCIA: a mayor capacidad mayor es la diferencia de potencial producida
por una corriente que carga la membrana plasmática
Diferencia
de
potencial
Capacitancia
Capacitancia
Mayor superficie
Mayor distancia entre
medios conductores
Mayor corriente
más cargas
acumuladas
Solución de electrolitosSolución de electrolitos
membrana
semipermeable
90 mM K
+
10 mM K
+
9 K
+
1 K
+
10
5 K
+
5 K
+
-4 K
+
+4 K
+
Potencial de
energía química
10 mM Na
+
90 mM Na
+
100 mM Cl
–
100 mM Cl
–
Si la membrana se hace permeable sólo al K
+
-4 K
+
+4 K
+
APARECE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL
Solución de
electrolitos
Solución de
electrolitos
Bicapa lípídica
90 mM K
+
10 mM K
+
–
+
+
–
9 K
+
1 K
+
10
7 K
+
3 K
+
10 mM Na
+
90 mM Na
+
100 mM Cl
–
100 mM Cl
–
+
+
–
–
-2 K
+
+2 K
+
Las cargas + que aparecieron a la derecha empujan al
K
+
hacia la izquierda, pero no son suficientes todavía
para llevar el flujo neto de K
+
a cero.
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